CN115562109A - 一种标准化空间生物培养模块接口电路 - Google Patents

Abstract

本申请涉及空间生物培养技术领域，具体而言，涉及一种标准化空间生物培养模块接口电路，包括输入焊盘、单片机、负载开关芯片、开关稳压芯片、输出焊盘以及监测电路，其中：输入焊盘分别与单片机、负载开关芯片的输入端以及开关稳压芯片的输入端电连接；单片机分别与负载开关芯片的使能端以及开关稳压芯片的使能端电连接；负载开关芯片的输出端和开关稳压芯片的输出端与输出焊盘电连接；监测电路的输入端分别与负载开关芯片的输出端以及开关稳压芯片的输出端电连接，监测电路的输出端与单片机电连接。本申请输入接口简单，可满足有源生物培养的复杂供电需求，具备作为生物培养模块标准供电接口的潜质，有利于生物培养模块的标准化设计。

Description

一种标准化空间生物培养模块接口电路

技术领域

本申请涉及空间生物培养技术领域，具体而言，涉及一种标准化空间生物培养模块接口电路。

背景技术

在空间环境进行生物培养实验研究已成为人类航天活动的重要组成。目前的空间生物实验分为无源搭载实验和有源培养实验。对于有源培养实验，细胞、微生物及植物等通常在封闭的结构模块中进行培养，在结构模块中布置有LED灯、微型泵、微型相机等电子元件，用于向生物提供光照、氧气、离心力、温湿度等条件，以及对生物生长状态进行监测。

结构模块中不同种类的电子元件有不同的供电需求，为实现不同的培养工况，还需对各电子元件的供电通断进行控制，这就要求提供不同种类且通断可控的供电。为对各电子元件的供电状态进行监测，还需提供监测功能。

前述需求的实现，依赖于接口电路，接口电路的实现形式决定了生物培养模块的易用性、通用性及可扩展性。

发明内容

本申请提供了一种标准化空间生物培养模块接口电路，能够提供多路可独立控制的供电输出，可以满足有源生物培养的复杂供电需求。

为了实现上述目的，本申请提供了一种标准化空间生物培养模块接口电路，接口电路为单电路板结构，包括输入焊盘、单片机、负载开关芯片、开关稳压芯片、输出焊盘以及监测电路，其中：输入焊盘分别与单片机、负载开关芯片的输入端以及开关稳压芯片的输入端电连接；单片机分别与负载开关芯片的使能端以及开关稳压芯片的使能端电连接；负载开关芯片的输出端和开关稳压芯片的输出端与输出焊盘电连接；监测电路的输入端分别与负载开关芯片的输出端以及开关稳压芯片的输出端电连接，监测电路的输出端与单片机电连接。

进一步的，单片机为C8051F系列单片机，通过I2C通信接口与输入焊盘连接，通过I/O输出口分别与负载开关芯片的使能端以及开关稳压芯片的使能端连接，通过模拟量采集接口与监测电路连接。

进一步的，输入焊盘的输入电源为1路+3.3V，输入焊盘上设置有4个信号输入端，分别为+3.3V输入端、接地端、I2C时钟端以及I2C数据端。

进一步的，输出焊盘的输出电源包括2路+3.3V、1路+5V、1路+12V以及1路-12V。

进一步的，输出焊盘上设置有10个信号输出端，包括第一路+3.3V输出端、第二路+3.3V输出端、+5V输出端、+12V输出端、-12V输出端以及5个接地端。

进一步的，负载开关芯片为TPS22968芯片。

进一步的，开关稳压芯片包括2片TPS61288芯片和1片TPS63700芯片。

进一步的，监测电路由稳压管和电阻组成。

本发明提供的一种标准化空间生物培养模块接口电路，具有以下有益效果：

本申请输入接口简单，仅需1路+3.3V供电输入以及1个I2C总线接口，即可提供多路可独立控制的供电输出，可满足有源生物培养的复杂供电需求，通用性及灵活性很强，具备作为生物培养模块标准供电接口的潜质，此外，采用的电路方案使得电路所需印制板面积很小，可作为生物培养模块的一部分置于生物培养模块结构内部，从而简化了生物培养模块的电接口，有利于生物培养模块的标准化设计。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例提供的标准化空间生物培养模块接口电路的结构示意图；

图2是是根据本申请实施例提供的标准化空间生物培养模块接口电路与外界及生物培养模块连接示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1-图2所示，本申请提供了一种标准化空间生物培养模块接口电路，接口电路为单电路板结构，包括输入焊盘、单片机、负载开关芯片、开关稳压芯片、输出焊盘以及监测电路，其中：输入焊盘分别与单片机、负载开关芯片的输入端以及开关稳压芯片的输入端电连接；单片机分别与负载开关芯片的使能端以及开关稳压芯片的使能端电连接；负载开关芯片的输出端和开关稳压芯片的输出端与输出焊盘电连接；监测电路的输入端分别与负载开关芯片的输出端以及开关稳压芯片的输出端电连接，监测电路的输出端与单片机电连接。

具体的，在不同应用场合下，空间生物培养模块接口电路需向LED灯、微型泵、微型相机等电子元件提供的供电电压路数及类型也不尽相同，有鉴于此，本申请实施例提供的标准化空间生物培养模块接口电路，仅需外界提供1路+3.3V供电输入以及1个I2C总线接口，即可实现不同种类供电输出、每路供电通断独立控制、供电监控及通信功能，采用本申请实施例的接口电路一方面接收外界的单一电源输入和控制指令，将外界的单一电源输入转换为不同种类的供电输出，向生物模块内各电子元件提供供电，并根据控制指令对这些供电的通断进行控制，另一方面实现电子元件供电状态的监测，并将监测结果传至外界。

更具体的，在本申请实施例中，接口电路输入电源为+3.3V，输出电源有2路+3.3V、1路+5V、一路+12V和一路-12V，其余应用场合下，只需对接口电路中负载开关芯片及开关稳压芯片的数量及型号进行适应性调整即可，整体接口电路的拓扑形式始终是不变的。

进一步的，单片机为C8051F系列单片机，通过I2C通信接口与输入焊盘连接，通过I/O输出口分别与负载开关芯片的使能端以及开关稳压芯片的使能端连接，通过模拟量采集接口与监测电路连接。在本申请实施例中，单片机采用C8051F系列单片机，该系列单片机尺寸小，内置时钟发生器和配置存储，无需外围电路的支持，供电即可工作，该单片机还内置ADC转换器、I2C/UART/CAN等各类通信总线控制器。单片机通过I2C总线与外界进行通信，接收外界控制指令，根据外界控制指令或者单片机内预先设定的程序控制负载开关芯片及开关稳压芯片的使能端，控制负载开关芯片及开关稳压芯片输出的使能和关断，同时，单片机通过模拟量采集接口与监测电路连接，对供电监测信号进行采集，将采集结果通过通信接口传至外界。

进一步的，输入焊盘的输入电源为1路+3.3V，输入焊盘上设置有4个信号输入端，分别为+3.3V输入端、接地端、I2C时钟端以及I2C数据端。输入焊盘一方面用于给单片机、负载开关芯片以及开关稳压芯片供电，另一方面用于与外界进行信号互联，主要用于和生物模块外部控制单元进行连接。

进一步的，输出焊盘的输出电源包括2路+3.3V、1路+5V、1路+12V以及1路-12V。输出焊盘的输出端经引线引出，与生物模块内的电子元件连接，主要用于向生物模块内的电子元件供电。

进一步的，输出焊盘上设置有10个信号输出端，包括第一路+3.3V输出端、第二路+3.3V输出端、+5V输出端、+12V输出端、-12V输出端以及5个接地端。在本申请实施例中设置10个信号输出端，包括2路+3.3V、1路+5V、1路+12V以及1路-12V，基本满足了生物培养模块内部所有电子元件的供电需求，后续如果还有其他供电电压的需求，只需要根据实际情况调整负载开关芯片以及开关稳压芯片的型号和数量即可。

进一步的，负载开关芯片为TPS22968芯片。TPS22968芯片为双通道负载开关，尺寸小，带载能力强，用于2路+3.3V输出的开关控制，通过将负载开关芯片的使能端置为高电平或者置为低电平即可控制负载开关输出的使能或者关断。此外，负载开关芯片要正常工作，还需配备电阻、电容、电感及二极管这些分立器件组成的外围电路，外围电路按照相应器件手册设计即可，本申请实施例不再做详细描述。

进一步的，开关稳压芯片包括2片TPS61288芯片和1片TPS63700芯片。开关稳压芯片尺寸小，带载能力强，搭配电阻、电容、电感及二极管组成的外围电路可实现电源变换功能，且具备使能端可实现输出的使能和关断。在本申请实施例中，TPS61288芯片为具有使能端的升压稳压器，用于实现+3.3V到+5V、+3.3V到+12V的电压转换及开关控制；TPS63700芯片为具有使能端的反相稳压器，用于实现+3.3V到-12V的电压转换及开关控制。同理，开关稳压芯片要正常工作，还需配备电阻、电容、电感及二极管这些分立器件组成的外围电路，外围电路按照相应器件手册设计即可，本申请实施例不再做详细描述。

进一步的，监测电路由稳压管和电阻组成。监测电路主要由稳压管和电阻组成，根据实际情况设置即可，主要用于负载开关芯片和开关稳压芯片输出的+3.3V、+5V、+12V以及-12V供电状态的监测。

具体的，本申请实施例提供的标准化空间生物培养模块接口电路，上电后，单片机C8051F311接收外界通过12C总线发送来的指令，根据指令(或者无需指令，根据预先设定好的程序)，将负载开关芯片TPS22968、开关稳压芯片TPS61288和TPS63700使能端置为高电平或低电平，从而控制+3.3V、+5V、+12V、-12V输出的使能或关断；与此同时，单片机C8051F311对供电状态监测电路的输出通过内置ADC进行采集，将采集结果打包并通过I2C总线送至外界，供外界对当前电子元件的工作状态进行判断。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种标准化空间生物培养模块接口电路，所述接口电路为单电路板结构，其特征在于，包括输入焊盘、单片机、负载开关芯片、开关稳压芯片、输出焊盘以及监测电路，其中：

所述输入焊盘分别与所述单片机、所述负载开关芯片的输入端以及所述开关稳压芯片的输入端电连接；

所述单片机分别与所述负载开关芯片的使能端以及所述开关稳压芯片的使能端电连接；

所述负载开关芯片的输出端和所述开关稳压芯片的输出端与所述输出焊盘电连接；

所述监测电路的输入端分别与所述负载开关芯片的输出端以及所述开关稳压芯片的输出端电连接，所述监测电路的输出端与所述单片机电连接。

2.根据权利要求1所述的标准化空间生物培养模块接口电路，其特征在于，所述单片机为C8051F系列单片机，通过I2C通信接口与所述输入焊盘连接，通过I/O输出口分别与所述负载开关芯片的使能端以及所述开关稳压芯片的使能端连接，通过模拟量采集接口与所述监测电路连接。

3.根据权利要求2所述的标准化空间生物培养模块接口电路，其特征在于，所述输入焊盘的输入电源为1路+3.3V，所述输入焊盘上设置有4个信号输入端，分别为+3.3V输入端、接地端、I2C时钟端以及I2C数据端。

4.根据权利要求3所述的标准化空间生物培养模块接口电路，其特征在于，所述输出焊盘的输出电源包括2路+3.3V、1路+5V、1路+12V以及1路-12V。

5.根据权利要求4所述的标准化空间生物培养模块接口电路，其特征在于，所述输出焊盘上设置有10个信号输出端，包括第一路+3.3V输出端、第二路+3.3V输出端、+5V输出端、+12V输出端、-12V输出端以及5个接地端。

6.根据权利要求1所述的标准化空间生物培养模块接口电路，其特征在于，所述负载开关芯片为TPS22968芯片。

7.根据权利要求1所述的标准化空间生物培养模块接口电路，其特征在于，所述开关稳压芯片包括2片TPS61288芯片和1片TPS63700芯片。

8.根据权利要求1所述的标准化空间生物培养模块接口电路，其特征在于，所述监测电路由稳压管和电阻组成。

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